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【陳浩的回答(27票)】: 伽利略：我坐在平穩(wěn)行駛的火車?yán)?，我分不清是火車沒動(dòng)地面在向后走,，還是地面沒動(dòng)火車在向前走，我認(rèn)為這兩種看法是一樣的,。如果有人把車窗都關(guān)了,，我無(wú)論如何都不知道火車什么速度向什么方向行駛。（相對(duì)性原理） 眾人：樓主正解,，樓主大牛,。 =====若干年后===== 眾人：火車怎么開，測(cè)到的光的速度都一樣,，怎么回事,？ 石頭：光速不變，樓主還是正解,。（狹義相對(duì)論） 眾人：哦,。。,。樓上大牛,。 石頭：而且我不需要火車平穩(wěn)行駛。如果我感到有加速度，我分不清是火車加速了,，還是火車后面出現(xiàn)了質(zhì)量巨大的東西,。如果我一覺醒來(lái)在電梯里，并且覺得失重,，我無(wú)論如何都不知道,，是電梯在地球上向下加速呢，還是我被人搬到月球上去了,。（廣義相對(duì)論） =====深?yuàn)W的總結(jié)===== 狹義相對(duì)論：所有慣性參照系都等價(jià),。 廣義相對(duì)論：所有參照系都等價(jià)。 =====傲驕的補(bǔ)充===== 看了其他答案,，發(fā)現(xiàn)都和本人一字之差： 我眼中：不同的參照系都一樣,。 其他人：不同的參照系不一樣。 不得不說(shuō),，這一字之差,，卻是理解相對(duì)論的關(guān)鍵。http://www.zhihu.com/question/20232756/answer/14435857 【朱松清的回答(8票)】: 物理學(xué)最早的對(duì)稱性是伽利略對(duì)稱,，或伽利略變換只是空間坐標(biāo)的變換,，與時(shí)間無(wú)關(guān)，意味著在此基礎(chǔ)上的牛頓定律通過(guò)它對(duì)任何不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的觀察者而言是不變的,。這種變換和不變性意味著物理定律對(duì)不同慣性系統(tǒng)的對(duì)稱性,。 但麥克斯韋把電和磁統(tǒng)一成一組方程后，問題出來(lái)了,，光速可以從其方程里算出來(lái),，而且實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)光速是個(gè)常量，與觀測(cè)者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān),。通過(guò)光速不變,，會(huì)導(dǎo)致推論出高速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間膨脹，和空間收縮,，甚至E=MC2,。愛因斯坦甚至宣布世界的一切事物都是以光速在時(shí)空中運(yùn)動(dòng)。高速運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)里意味他在時(shí)間里的運(yùn)動(dòng)比靜止系統(tǒng)的慢,，因?yàn)樗跁r(shí)間里的運(yùn)動(dòng)有些轉(zhuǎn)移到空間了,，所以他的鐘會(huì)變慢,。進(jìn)而推論假如系統(tǒng)在時(shí)間里的運(yùn)動(dòng)完全轉(zhuǎn)移到空間來(lái)了,，系統(tǒng)在空間的運(yùn)動(dòng)速度就達(dá)到最大速度。進(jìn)而推論到以光速在空間運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng),，沒有一點(diǎn)在時(shí)間運(yùn)動(dòng),，因此光子不會(huì)老，從大爆炸出來(lái)的光子到今天依然一樣，在光速下,，沒有時(shí)間的流逝,。 這時(shí)需要引進(jìn)洛侖茲變對(duì)稱性，它的基本意思是這樣的,，一個(gè)物理定律對(duì)不同的慣性系都有不變的形式結(jié)構(gòu),，同時(shí)在不同的慣性系看來(lái)光速是不變量。愛因斯坦用洛侖茲變換檢驗(yàn)和改造了牛頓力學(xué),，使之成為洛侖茲不變的力學(xué)理論——狹義相對(duì)論,。“所謂相對(duì)論,，與其說(shuō)是一種理論,，不如說(shuō)是對(duì)物理理論的一種很合理很基本很公理化的要求”,，就是要求物理理論要滿足洛侖茲不變性。愛因斯坦對(duì)上帝思想的直覺判斷,，他相信上帝的思想和美學(xué)極其簡(jiǎn)單,，它不過(guò)就是要求上帝的旨意不能因時(shí)因地因人而異，于是這個(gè)簡(jiǎn)單得不能再簡(jiǎn)單的要求演繹出特別費(fèi)解和深?yuàn)W的理論,。但再費(fèi)解的東西也必須能被理解，比如,，光速是常量,，如果一個(gè)奔跑的人（速度為V）向你拋來(lái)一個(gè)光速(c)的蘋果，按常理蘋果速度是V+c 的話,，那么會(huì)出現(xiàn)什么情況呢,？你將先看到飛來(lái)的蘋果，后看到投擲的動(dòng)作,。 狹義相對(duì)論與以前的物理學(xué)規(guī)律一樣,，都只適用于慣性系,。但事實(shí)上卻很難找到真正的慣性系,，愛因斯坦有一個(gè)“愉快的思想旅程“，他發(fā)現(xiàn)在一個(gè)空間的人是區(qū)分不出他是以1G的加速度飛行,，還是在地球上,，這就是”等效原理“，---加速度和引力是等效的----這樣就可以用加速度來(lái)理解引力了。然后他發(fā)現(xiàn)了在加速度飛行飛船上的射出的光線是彎曲的,，而光線總是按最近的距離傳遞,，進(jìn)而推論引力會(huì)導(dǎo)致空間彎曲，“質(zhì)量導(dǎo)致時(shí)空彎曲,，而彎曲的時(shí)空又決定物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)”“Matter decides times and space, time and space decides the movement of matter”,。這是廣義相對(duì)論的最簡(jiǎn)單文字表述了，雖然數(shù)學(xué)上表述和求證相當(dāng)復(fù)雜,。事實(shí)上他包含了及其深刻的對(duì)稱性,，廣義坐標(biāo)不變性。不同的加速度時(shí)空體系,，測(cè)得其他體系的速度是不同的,，但在本體系中的物理定律不變。我舉個(gè)例子,，一個(gè)以近似光速運(yùn)動(dòng)的粒子,，在地球人看壽命是8秒，此后衰變,，而在粒子自身的時(shí)鐘里它自我感覺存活了2秒,，在地球人看它奔跑了8倍光速的距離，在它自己看來(lái),，它只跑了2倍光速的距離,。所以在洛侖茲變換下，同一個(gè)物理事件,，用不同慣性系的時(shí)鐘所測(cè)量出的運(yùn)動(dòng)距離,、運(yùn)動(dòng)時(shí)間都不相同，但是同一個(gè)事件在不同慣性系看來(lái)不僅能推導(dǎo)相同的物理定律,，而且能測(cè)量出相同的光速,。 【尕藏的回答(4票)】: 1905 年，愛因斯坦在他 26 歲時(shí)發(fā)表了一篇名為《論動(dòng)體的 電動(dòng)力學(xué)》的論文,。文中他假設(shè)物理定律和作為特例的光速對(duì)所 有做勻速運(yùn)動(dòng)的觀測(cè)者來(lái)說(shuō)都應(yīng)該具有相同的形式,。結(jié)果證明這 個(gè)觀點(diǎn)需要變革我們空間和時(shí)間的概念。為了理解何以如此,，我 們?cè)O(shè)想噴氣式飛機(jī)上在同一地點(diǎn)但不同時(shí)間發(fā)生的兩個(gè)事件,。對(duì) 飛機(jī)上的觀測(cè)者來(lái)說(shuō)，兩個(gè)事件之間的距離將會(huì)是零,，但對(duì)于地 面上的另一名觀測(cè)者而言,，兩個(gè)事件隔開了一段距離，這段距離 等于噴氣式飛機(jī)在兩事件發(fā)生的時(shí)間間隙內(nèi)經(jīng)過(guò)的距離,。這表明 兩名彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)的觀測(cè)者在事件發(fā)生的距離上出現(xiàn)了意見分 歧,。 現(xiàn)在假設(shè)這兩名觀測(cè)者都在觀測(cè)一個(gè)從機(jī)尾行進(jìn)至機(jī)頭的光 脈沖,。正如上述例子，他們將在光脈沖從機(jī)尾發(fā)射到機(jī)頭接收經(jīng) 過(guò)距離這一問題上產(chǎn)生分歧,。由于速度就是經(jīng)過(guò)距離除以所用時(shí) 間,，因此這也就意味著，如果他們對(duì)光脈沖行進(jìn)的速度——即光 速——意見一致,，他們就會(huì)對(duì)光脈沖從發(fā)射到接收所經(jīng)過(guò)的時(shí)間 間隔意見不一致,。 使事情變得奇怪的是，盡管這兩名觀測(cè)者測(cè)得了不同的時(shí)間,， 但是他們卻是在觀察著同一個(gè)物理過(guò)程,。愛因斯坦并不試圖為此 建立一個(gè)人為解釋。他得出了一個(gè)符合邏輯但卻令人震驚的結(jié)論,， 所用時(shí)間的測(cè)量正如所經(jīng)距離的測(cè)量,，依賴于正在進(jìn)行這項(xiàng)測(cè)量 的觀測(cè)者。這個(gè)效應(yīng)是愛因斯坦 1905 年論文所述理論的關(guān)鍵點(diǎn)之 一,，該理論形成了所謂的狹義相對(duì)論,。 如果你在噴氣式飛機(jī)上彈球，在飛機(jī)上的觀測(cè)者會(huì)肯 定地認(rèn)為球每次反彈都撞在同一點(diǎn),，而地面上的觀測(cè)者則會(huì)測(cè)量出反彈點(diǎn)位 置的巨大差異,。 假如我們考慮兩名觀測(cè)者觀察一只鐘，就能發(fā)現(xiàn)這個(gè)分析如 何運(yùn)用到計(jì)時(shí)儀器上,。狹義相對(duì)論保證了，在相對(duì)于鐘保持靜止 的觀測(cè)者看來(lái),，鐘走時(shí)會(huì)變快,，而在相對(duì)于鐘運(yùn)動(dòng)的觀測(cè)者看來(lái)， 鐘走時(shí)會(huì)變慢,。如果我們把從機(jī)尾行進(jìn)至機(jī)頭的光脈沖比擬為鐘 的滴嗒聲,，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，在地面上的觀測(cè)者看來(lái),，鐘變慢了,，因 為這道光束相對(duì)于他的參照系不得不行進(jìn)更大的一段距離。然而 這個(gè)效應(yīng)并不依賴于鐘的機(jī)械構(gòu)造,，它對(duì)所有鐘成立,，甚至包括 運(yùn)動(dòng)著的鐘看上去走時(shí)更慢。由于這同樣適用于生物鐘,，所以運(yùn) 動(dòng)著的人看上去也將衰老得更慢,，但別抱太大希望——在日常的速度下，任 何常規(guī)的時(shí)鐘都測(cè)量不出其中的差別,。 愛因斯坦的研究表明,，正如靜止這樣的概念是相對(duì)的,，時(shí)間 也不會(huì)像牛頓認(rèn)為的那樣絕對(duì)。換句話說(shuō),，要為每個(gè)事件賦予所 有觀測(cè)者都贊同的時(shí)間是不可能的,。相反，所有的觀測(cè)者都有他 們自己的時(shí)間測(cè)量,，而且兩個(gè)彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)的觀測(cè)者所測(cè)量的時(shí) 間并不一致,。愛因斯坦的觀點(diǎn)違背了我們的直覺，因?yàn)閷?duì)于我們 日常生活通常遭遇到的速度而言,，它所蘊(yùn)含的效應(yīng)是無(wú)法覺察的,。 但是，它已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)反復(fù)確證了,。舉例來(lái)說(shuō),，設(shè)想一只位于地心 用作參照的鐘，另一只鐘位于地表,，第三只鐘搭載于飛機(jī)上,，飛 機(jī)順著或者逆著地球自轉(zhuǎn)的方向飛行。與位于地心的鐘比照,，當(dāng) 飛機(jī)向東飛行時(shí)——順著地球自轉(zhuǎn)方向——飛機(jī)上的鐘移動(dòng)得比 地表那只更快,，因而它走時(shí)應(yīng)該更慢。類似地,，與位于地心的鐘 比照,，當(dāng)飛機(jī)向西飛行時(shí)——逆著地球自轉(zhuǎn)方向——飛機(jī)上的鐘 移動(dòng)得比地表那只更慢，因而意味著它走時(shí)應(yīng)該比地表的那只更 快,。這正是 1971 年 10 月進(jìn)行的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的觀測(cè)結(jié)果,，實(shí)驗(yàn)中讓 一只非常精密的原子鐘圍繞著地球飛行。因此,，你可以搭乘飛機(jī) 朝著向東的方向環(huán)繞地球一直飛行以此來(lái)延長(zhǎng)壽命,，盡管你可能 會(huì)對(duì)航空公司播放的所有電影感到厭煩。不過(guò),，這個(gè)效應(yīng)是非常 微小的,，每一次環(huán)行大約為億萬(wàn)分之十八秒（而且這個(gè)效應(yīng)還會(huì) 由于引力差異的效應(yīng)而有所減小，但是這里我們不必去涉及它,。） 歸功于愛因斯坦的研究,，物理學(xué)家意識(shí)到，如果要使得光速 對(duì)所有的參照系都保持相同,，那么麥克斯韋的電磁學(xué)理論就要求 不能將時(shí)間作為與三維空間分離的對(duì)象來(lái)看待,。相反，時(shí)間和空 間糾纏在一起,。這就有點(diǎn)像把關(guān)于未來(lái)/過(guò)去的第四個(gè)方向加到通 常的左/右,、前/后和上/下的三個(gè)方向中去,。物理學(xué)家把這種空間 和時(shí)間的結(jié)合稱為“時(shí)空”，又因?yàn)闀r(shí)空包含了第四個(gè)方向,，所以 他們把時(shí)間稱為第四維,。在時(shí)空中，時(shí)間不再與三維空間分離,， 而且粗略地講,，正如左/右、前/后,、上/下的定義依賴于觀測(cè)者的 方位,，時(shí)間的方向也隨著觀測(cè)者的速度而變化。以不同速度運(yùn)動(dòng) 的觀測(cè)者會(huì)從時(shí)空中選擇不同的時(shí)間方向,。愛因斯坦的狹義相對(duì) 論因而成為了一個(gè)新模型,，它排除了絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)靜止（即相 對(duì)于固定的以太靜止）的概念。 愛因斯坦很快意識(shí)到,，為了使引力與相對(duì)論協(xié)調(diào)還需要作另 外一個(gè)改動(dòng),。根據(jù)牛頓引力理論，在任何給定的時(shí)間,，物體通過(guò) 引力彼此吸引,，引力的大小取決于當(dāng)時(shí)物體間的距離。然而相對(duì) 論已經(jīng)推翻了絕對(duì)時(shí)間的概念,，因此就無(wú)法確定應(yīng)于何時(shí)去測(cè)量 質(zhì)量物體之間的距離,。所以牛頓的引力定律和狹義相對(duì)論并不一 致，必須加以修正,。這個(gè)矛盾聽起來(lái)可能僅僅是一個(gè)微不足道的 修改,。但是，結(jié)果表明這種想法大錯(cuò)特錯(cuò)了,。 在接下來(lái)的十一年里，愛因斯坦發(fā)展了一個(gè)新的引力理論,， 稱為廣義相對(duì)論,。廣義相對(duì)論中的引力概念與牛頓的完全不同。 相反,，它建立在革命性的設(shè)想之上,，即時(shí)空并非像早先假定的那 樣平坦，而是被處于其中的質(zhì)量和能量扭曲變形,。 想象這種彎曲的一個(gè)好辦法就是思考地球的表面,。盡管地球 表面只是二維的（因?yàn)檠刂@個(gè)表面只存在兩個(gè)方向，北/南和東 /西）,，我們還是將用它作例子,，因?yàn)橐粋€(gè)彎曲的二維空間比一個(gè) 彎曲的四維空間更容易想象,。研究諸如地球表面這類的彎曲表面 的幾何不是我們熟悉的歐氏幾何。舉例來(lái)說(shuō),，地球表面,，兩點(diǎn)間 最短的距離——我們知道在歐氏幾何中這是一條直線——是在所 謂的大圓上連接兩點(diǎn)的路徑。 大圓是在地球表面上圓心與地球中 心重合的圓,，赤道就是大圓的一個(gè)例子,，赤道圍繞不同的直徑旋 轉(zhuǎn)所得的任何圓也是大圓）。 比如說(shuō),，想象你要從紐約飛往馬德里,，這兩個(gè)城市幾乎處于 同一緯度。如果地球是平的,，那么最短的路線就是一直向東的一 條直線,。如果你這樣飛的話，你將飛行 3707 英里才能到達(dá)馬德里,。 但是由于地球表面是彎曲的,，有這樣的一條路線，盡管在平面地 圖上看起來(lái)是彎曲的也顯得更長(zhǎng)了,，但實(shí)際上卻是更短的,。如果 你沿著大圓的路線飛行，先向東北方向飛行,，再逐漸向東,，然后 再往東南,，你只需要飛行 3605 英里。這兩條路線距離的差別,， 是由于地球表面的彎曲所造成的,，這也是非歐氏幾何的一個(gè)示例,。 航空公司知道這個(gè)事實(shí)，每當(dāng)實(shí)際飛行時(shí)都安排飛行員沿著大圓 飛行,。 地球表面上兩點(diǎn)之間最短的距離，當(dāng)繪制在平面地圖上 時(shí)就顯得彎 曲——這是需要記在腦海里的事實(shí),，如果你還正式檢驗(yàn)過(guò)的話。 按照牛頓運(yùn)動(dòng)定律,，加農(nóng)炮彈,、牛角面包和行星等等的物體 都沿直線運(yùn)動(dòng)除非受到了諸如引力這樣的外力作用,。但是，在愛 因斯坦的理論中,，引力不像其他的力，毋寧說(shuō),，它是質(zhì)量扭曲時(shí) 空發(fā)生彎曲這一事實(shí)的結(jié)果。在愛因斯坦的理論中,，物體沿測(cè)地 線運(yùn)動(dòng)，測(cè)地線是彎曲空間中最接近直線的東西,。在平面上，測(cè) 地線是直線,；在地球表面，測(cè)地線是大圓,。如果不存在物質(zhì)，四 維時(shí)空中的測(cè)地線就對(duì)應(yīng)著三維空間中的直線,，但是當(dāng)物質(zhì)存在 時(shí)，它就扭曲時(shí)空,，物體在其對(duì)應(yīng)的三維空間中的路徑就發(fā)生彎 曲,，這在某種意義上就好像牛頓理論中用引力吸引來(lái)解釋的那種 樣式。當(dāng)時(shí)空不再平坦,，物體的路徑就顯得彎曲,，這就給人以有 外力作用于它們之上的印象。 當(dāng)引力不存在時(shí),，愛因斯坦的廣義相對(duì)論就復(fù)制狹義相對(duì)論， 并且在我們太陽(yáng)系這樣的弱引力環(huán)境中,，它也能做出與牛頓引力 理論幾乎相同的預(yù)測(cè)——但不完全等同,。事實(shí)上，如果在 GPS 衛(wèi) 星導(dǎo)航系統(tǒng)中不考慮廣義相對(duì)論,，那么全球位置的誤差就會(huì)按每 天大約 10 千米的速率累積,！不過(guò),，廣義相對(duì)論的真正重要性并不 體現(xiàn)在把它運(yùn)用于引導(dǎo)你去餐館的那些設(shè)備上，而在于它是宇宙 的一個(gè)非常不同的模型,，它預(yù)測(cè)了諸如引力波和黑洞這樣的新效 應(yīng),。此外,，廣義相對(duì)論還把物理轉(zhuǎn)換成了幾何?，F(xiàn)代技術(shù)足夠靈 敏，允許我們進(jìn)行驗(yàn)證廣義相對(duì)論的大量精密實(shí)驗(yàn),，而廣義相對(duì) 論通過(guò)了這所有的檢驗(yàn),。 【曹夢(mèng)迪的回答(1票)】: 不懂物理的人來(lái)說(shuō)兩句： 狹義相對(duì)論討論勻速運(yùn)動(dòng)，認(rèn)為時(shí)間,、空間,、質(zhì)量都是相對(duì)的（和速度有關(guān)），對(duì)不同的觀察者（參照系）,，時(shí)空的測(cè)量結(jié)果都不同——速度快的人尺子會(huì)變短，質(zhì)量會(huì)變大,，時(shí)間會(huì)變慢,。 廣義相對(duì)論討論引力作用，引力作用下空間會(huì)跟著發(fā)生彎曲,，本來(lái)平坦如一張緊張的橡皮膜的空間,，在引力作用下會(huì)變成好像被人在中間拽了一把的樣子，空間發(fā)生了改變,，運(yùn)動(dòng)也就會(huì)跟著改變,。 因?yàn)椴欢锢砭椭荒苷f(shuō)這么多了，如果你只追求簡(jiǎn)單的比喻,，估計(jì)說(shuō)這兩句也夠了…… 【張育亮的回答(1票)】: 狹義相對(duì)論講的是關(guān)于時(shí)間和空間的東東：
【陳燕 jane的回答(1票)】: 太復(fù)雜了,，能有簡(jiǎn)單的例子嗎,？ 【韓冬的回答(0票)】: 如果嫌大家的比喻復(fù)雜,，可以參見鄙人的比喻：為了讓光速什么時(shí)候都保持不變，狹義相對(duì)論讓屌絲和高帥富對(duì)時(shí)間和空間產(chǎn)生了不同的看法：
開始時(shí)如上圖,，一束光從下面的面板出發(fā),，這束光對(duì)準(zhǔn)腳印b
結(jié)束時(shí)如下圖,，光到達(dá)高帥富的茶杯下部,。在高帥富和屌絲眼中,，光走過(guò)的路程是不一樣長(zhǎng)的,。狹義相對(duì)論為了保證光速不變,，讓兩個(gè)階級(jí)對(duì)時(shí)間的快慢的看法有了分歧。 還有一個(gè)例子是讓高帥富和屌絲眼中的茶杯的長(zhǎng)度不同的,。這里就不舉了,。 廣義相對(duì)論就不好舉例子了。 【周雨楓的回答(1票)】: 狹義相對(duì)論討論了時(shí)間的相對(duì)性,。廣義相對(duì)論討論了場(chǎng)的相對(duì)性。 做個(gè)簡(jiǎn)單的比喻,，以地球?yàn)閰⒄障?，如果你靜止不動(dòng)，你看到的光的速度（簡(jiǎn)單假設(shè)空氣介質(zhì)均勻）和你跑步的時(shí)候看到的光速是否一樣,？愛因斯坦認(rèn)為，光速是絕對(duì)的,，于是導(dǎo)致了在上述兩個(gè)情況下，光達(dá)到你眼睛所用的時(shí)間有不同（假設(shè)你到光源的絕對(duì)距離沒有變）,，于是時(shí)間就和速度一樣，成為了一個(gè)不同參照系里面的相對(duì)量,。 而后愛因斯坦同學(xué)又想到了一個(gè)case,，光從太陽(yáng)發(fā)射到地球需要7分鐘（未必記得準(zhǔn)確）,，而假如在某一瞬間，太陽(yáng)坍塌湮滅了,，那么，按照引力場(chǎng)理論,，地球應(yīng)該瞬間沿切線方向飛出太陽(yáng)系了?？墒悄闳绻麖牡厍蛏蟻?lái)看，坍塌前的光還沒有到達(dá)地球,，那么地球上的用戶能看到太陽(yáng)并同時(shí)感受到坍塌嗎,？這個(gè)就引發(fā)了場(chǎng)的相對(duì)性。廣義相對(duì)論非常復(fù)雜,，我本人也沒有太深的涉獵，需要很好的非歐幾何的背景,。 總之，在光速不可超越的前提下,，一切皆是relative... 原文地址:知乎 |
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